多稳态手性向列显示器制造技术

本发明专利技术公开一种光调制反射显示元件，其中包含一种无聚合物的手性向列液晶光调制材料。这种元件包括具有正介电各向异性的向列液晶和其数量使得能有效地形成聚焦锥形结构和扭曲平面结构的手性材料。该手性材料具有使得能有效地反射可见光谱中的光线的节距长，其中聚焦锥形结构和扭曲平面结构在电场不存在时是稳定的，且该液晶材料在施加电场时能改变结构。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是美国序号为07/694，840(申请日1991.5.2)美国申请序号为07/885，154(申请日1992年5月18日)及美国申请序号为07/969，093的部分继续申请，上述三份申请在此申请中供参考。本专利技术一般地涉及液晶光调制器件，更具体地涉及在不同电场条件下呈现不同光学状态的新型无聚合物液晶显示元件和材料，其特征在于独特地兼备多种性能，包括光学多稳定性以及在有电场或无电场状态下在所有视角的光透射均无雾状。已经有人利用各种类型和浓度的液晶和聚合物，制备了旨在用于电光学器件中的可电切换液晶膜。一种这样的技术涉及把液晶吸入一种塑料或玻璃片材的微孔中。另一种技术涉及在聚乙烯醇等水溶性聚合物溶液或胶乳乳液配制的向列液晶水乳液中的水蒸发。一种显著优于机械截留技术和乳化步骤的不同方法，涉及从一种与适用的合成树脂的均相溶液分离液晶，形成一种与聚合物相彼此散置的液晶相。这些类型的膜(其中有一些称为PDLC)已被证明可用于很多用途，包括从大面积显示和可切换橱窗涂层到投影显示和高清晰度电视。上述材料和工艺全都有需要大量昂贵试剂和起始材料的缺点。与这些系统相联系的各种吸入、乳化或聚合步骤显著增加了其制造的成本和复杂性。此外，当使用大量的聚合物时，由于液晶的有效折射率和聚合物的折射率之间的明显不匹配，它们开始随斜视角增大而显示出特有的“雾状”缺点，直至在足够斜的角度上观测到基本上不透明的外观。在原始申请中，发现了利用手性向列液晶和聚合物可以制备良好的彩色反射显示器。这些显示器的优点是显示多稳定性的颜色反射状态，而且当聚合物数量低时看不到雾状。然而，尽管它们有很多优点，但这些显示器仍需要使用聚合物，因而具有与之相联系的缺点。令人惊奇的是，现已发现，能制备一种无聚合物的多稳态颜色反射元件，它显示出稳定的颜色反射和光散射状态，且在两者之间有以不同的反射强度为特征的多个稳定光学状态。根据电场寻址脉冲的电压，这种材料可以在这些多个光学状态之间转换，所有这些状态在没有加电场时都是稳定的。本专利技术的一个重要特色是，无需聚合物就能制备一种反射颜色显示单元，因而它能呈现多种不同的光学状态，所有这些状态在未加电场时都是稳定的。这种显示器可以用电场从一种状态驱动到另一种状态。因电场脉冲的量级和形状而异，这种材料的光学状态可以转变成一种新的稳定状态，后者能沿这类状态的连续统反射任何一种所希望的彩色光强度，从而提供一种稳定的“灰度”。令人惊讶的是，无需聚合物和与之相联系的附加费用与制造复杂性，就能制备这些材料。一般地说，给该材料加一个足够低的电场脉冲导致一种呈白色外观有光散射状态。在这种状态下，由于表面效应、弹性力和电场之间竟争的结果，一定比例的液晶分子具有聚焦锥形结构(focalconictexture)。在加了足够高的电场脉冲，即一个高得足以使液晶导向偶极子(liquidcrystaldirectors)发生同向取向(homeotro-picallyalign)的电场之后，该材料便弛豫到一种光反射状态，它根据手性向列液晶的间距(pitchlength)，可表现为绿色、红色、蓝色或任何一种预先选择的颜色。这种光散射状态和光反射状态在雾电场时仍保持稳定。通过对该材料施加一个介于能使之从反射状态转换成散射状态或反之亦然的电场之间的电场，就能得到以在反射状态和散射状态所显示的反射程度之间变化的反射程度为特征的稳定灰度状态。当手性向列液晶处于平面彩色光反射结构并施加一个中间电场脉冲时，处于平面结构的材料量以及彩色光的反射强度会减小。类似地，当该材料处于聚焦锥形结构并施加一个中间电场脉冲时，处于平面结构的材料量将会增加，显示单元的反射强度也会增加。当电场撤除时，该材料是稳定的，且仍处于所建立的结构，能无限地反射该种光强度而不管它是从何种结构开始的。如果保持一个高得足以使液晶导向器发生同向取向的电场，则该材料是透明的，直至该电场撤销。当把该电场迅速取消时，该材料就转变到反射状态，而当把该电场慢慢取消时，该材料就转变成光散射状态。在每一种情况下，电场脉冲较好都是交流脉冲，更好的是方波交流脉冲，因为直流脉冲往往会引起离子导电并限制显示单元的寿命。虽然无意受理论制约，但相信当施加电压时，一定比例的该材料在电场存在时进入一种混乱相(turbidphase)。该材料中那些显示混乱相的部分倾向于在电场撤销时弛豫到一种聚焦锥形的光散射结构。该材料中那些未受电场影响的部分，即那些没有进入混乱相的部分，仍处于平面的光反射结构。显示单元反射的光量取决于处于平面反射结构的材料量。当提高该电场的电压时，有更高比例的该材料在电场存在时进入混乱相，而后在电场撤销时弛豫到焦点锥形结构。由于显示单元的反射量正比于处于平面反射结构的材料量，所以显示单元的反射量随着电场量级增大而沿一灰度降低，因为该材料中有更多的部分进入混乱相并转变成聚焦锥形结构。在因材料而异的一定阈值电压，该材料在电场撤销时基本上全部转变成聚焦锥形结构，其特征是显示单元的反射率处于或接近于最小值的光散射条件。当取消电压时，所取的结构是稳定的并仍将无限地散射。当电压进一步提高而达到高得足以使该液晶松开并使液晶导向器发生同向取向的程度时，该材料是透明的，并将保持透明直至电压撤销。当电场撤销时，该材料倾向于从同向结构(homeotropictexture)弛豫到稳定的颜色反射平面结构。当该材料处于一种光散射聚焦锥形结构并施加一个低电压脉冲时，该材料开始改变结构并再次得到稳定的灰度反射率。由于该材料在此始于散射的聚焦锥形结构，所以灰度反射率的特征是该反射率以该材料基本上全部处于散射聚焦锥形结构时显示的反射率为起点而增加，尽管已经观察到在一些样品中反射率最初可能降低。相信反射率增加可归因于该材料由于所加电场的结果逐渐发生同向取向的那些部分。那些发生同向取向的部分在电场撤销时弛豫成一种稳定的平面光反射结构，而该材料的其余部分则由于电场的结果而呈现混乱相并在电场撤销时弛豫回到聚焦锥形结构。当电压进一步增大而达到使液晶基本上全部发生同向取向的程度时，该材料再次呈现为透明并在电场撤销时弛豫成稳定的平面颜色反射结构。总而言之，相信该材料中那些由于所加电场的结果而进入混乱相的部分在电场撤销时弛豫成一种稳定的聚焦锥形结构，而那些由于所加电场的作用而发生同向取向的部分在电场撤销时弛豫成一种稳定的平面结构。相信当从同向取向的液晶慢慢撤销高电场时，这种材料回到散射聚焦锥形状态，因为慢慢撤销使该材料进入混乱相，在电场撤销之后它看来持续地从混乱相弛豫成一种聚焦锥形结构。当高电场迅速撤销时，该材料没有进入混乱相，因而弛豫成平面反射结构。在任何情况下，都能看到，在能驱动该材料从稳定反射状态转变成稳定散射状态或反之亦然所需的数值以下的各种幅度的电场脉冲，将使该材料转变成本身稳定的各种中间状态。这些多级稳定状态无限地反射一种强度介于反射状态和散射状态的反射强度之间的彩色光。因此，根据电场脉冲的幅度，这种材料显示出稳定灰度反射率而无需聚合物。驱动该材料在各种不同状态之间转变所需的电场幅度，当然将因特定液晶的性质和数量以及显示单元的厚度而异。也可以利用对该材料施加机械应力来使该材料从光散射状态转变成光反射状态。这种多稳定材料的一个主要优点是，它不需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光调制反射显示元件，包括一种无聚合物的手性向列液晶光调制材料，它包括有正介电各向异性的向列液晶和其数量使得能有效地形成聚焦锥形结构和扭曲平面结构的手性材料，所述手性材料具有能有效地反射可见光谱中的光线的节距长，其中所述聚焦锥形结构和扭曲平面结构在电场不存在时是稳定的且该液晶材料在施加电场时能改变结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J韦斯特，DK杨，
申请(专利权)人：肯特州大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]